Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Nghiên cứu một số đặc điểm thuỷ văn của rừng tự nhiên tại huyện Bạch Thông, tỉnh Bắc Kạn

Chia sẻ: Tri Lộ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:117

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là lác định được một số đặc điểm thuỷ văn cơ bản của rừng tự nhiên nhằm phục vụ công tác quy hoạch và thiết kế cấu trúc rừng phòng hộ đầu nguồn hợp lý tại Bắc Kạn. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Nghiên cứu một số đặc điểm thuỷ văn của rừng tự nhiên tại huyện Bạch Thông, tỉnh Bắc Kạn

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp đỡ cho việc nghiên cứu đã được cảm ơn và các thông tin chỉ dẫn trong luận văn đều được ghi rõ nguồn gốc. Hà nội, tháng 9 năm 2013 Tác giả
ii LỜI CẢM ƠN Luận văn này được thực hiện và hoàn thành theo Chương trình đào tạo Thạc sĩ của Trường Đại học Lâm nghiệp, Xuân Mai, Hà Nội. Nhân dịp hoàn thành luận văn, Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Phùng Văn Khoa, người đã bồi dưỡng kiến thức qúy báu và đã dành tình cảm tốt đẹp cho tác giả từ khi hình thành, phát triển ý tưởng, xây dựng đề cương nghiên cứu, đến các phương pháp luận và tổ chức nghiên cứu triển khai luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn NCS Nguyễn Thị Thúy Hường, NCS Nguyễn Văn Khiết của Trường Đại học Lâm nghiệp đã tạo điều kiện cho tác giả được tham gia thu thập số liệu và được sử dụng một phần số liệu để phục vụ quá trình hoàn thiện luận văn này. Xin trân trọng cảm ơn tập thể Bộ môn Quản lý tài nguyên rừng, Bộ môn Đất Lâm nghiệp, Ban Chủ nhiệm Khoa Quản lý rừng và môi trường, Ban Chủ nhiệm Khoa Sau Đại học và Lãnh đạo Trường Đại học Lâm nghiệp, đã giúp đỡ Tác giả hoàn thành luận văn này. Xin trân trọng cảm ơn NCS Lê Sỹ Doanh đã tư vấn, định hướng trong quá trình hoàn thiện hơn bản luận văn này. Đối với địa phương, Tác giả chân thành cảm ơn Chi cục kiểm lâm tỉnh Bắc Kạn, Hạt kiểm lâm huyện Bạch Thông và bà con các dân tộc ở địa phương, nơi tác giả đã đến thu thập số liệu để thực hiện luận văn. Xin cảm ơn học viên Hoàng Văn Hoàn, Trường Đại học Lâm nghiệp đã hỗ trợ Tác giả thu thập số liệu của luận văn. Xin cảm ơn bạn bè và đồng nghiệp đã khuyến khích và giúp đỡ Tác giả trong quá trình thực hiện luận văn. Mặc dù đã suy nghĩ và làm việc với tất cả nỗ lực, nhưng do trình độ hạn chế về nhiều mặt, nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Tác giả rất mong nhận được những lời góp ý của các thầy, cô cùng các bạn đồng nghiệp và xin chân thành tiếp thu mọi ý kiến đóng góp đó. Xin trân trọng cảm ơn! Hà nội, tháng 9 năm 2013 Tác giả
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii MỤC LỤC ........................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................. vi DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................. vii DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................. viii ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................ 3 1.1. Trên thế giới ............................................................................................ 3 1.2. Ở Việt Nam ............................................................................................. 8 Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................................. 16 2.1. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................. 16 2.2. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................... 16 2.3. Phạm vi, giới hạn nghiên cứu ............................................................... 16 2.4. Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 17 2.4.1. Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc của một số trạng thái rừng tự nhiên phổ biến ở huyện Bạch Thông: ................................................................. 17 2.4.2. Nghiên cứu đặc điểm dòng chảy mặt và lượng xói mòn bề mặt ở các ô thí nghiệm trên sườn dốc. ................................................................ 17 2.4.3. Nghiên cứu khả năng thoát hơi nước của tầng cây cao, cây bụi .... 17 2.4.4. Nghiên cứu khả năng giữ nước của đất rừng .................................. 17 2.4.5. Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả phòng hộ của rừng tự nhiên cho khu vực nghiên cứu............................................... 17 2.5. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 17 2.5.1. Quan điểm và phương pháp luận .................................................... 17 2.5.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................ 18
iv Chương 3 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 27 3.1. Điều kiện tự nhiên ................................................................................. 27 3.1.1.Vị trí địa lý ....................................................................................... 27 3.1.2. Địa hình ........................................................................................... 27 3.1.3. Khí hậu thuỷ văn ............................................................................. 28 3.1.4. Địa chất, thổ nhưỡng....................................................................... 29 3.2. Điều kiện kinh tế xã hội. ....................................................................... 30 3.2.1. Dân tộc, dân số, lao động................................................................ 30 3.2.2. Thực trạng kinh tế ........................................................................... 30 3.2.3. Thực trạng cơ sở hạ tầng................................................................. 31 3.2.4. Thực trạng văn hóa xã hội .............................................................. 31 3.3. Hiện trạng đất lâm nghiệp trong địa bàn huyện .................................... 32 3.4. Đánh giá chung, những thuận lợi và khó khăn ..................................... 34 3.4.1. Đánh giá chung ............................................................................... 34 3.4.2. Những thuận lợi .............................................................................. 35 5.2. Những khó khăn và hạn chế.................................................................. 35 Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................ 37 4.1. Đặc điểm cấu trúc rừng của một số trạng thái rừng tự nhiên phổ biến ở khu vực nghiên cứu ...................................................................................... 37 4.1.1. Cấu trúc tầng cây cao ...................................................................... 40 4.1.2. Cây bụi, thảm tươi .......................................................................... 45 4.1.3 Lớp thảm khô, thảm mục ................................................................. 47 4.1.4. Đặc điểm phân bố độ cao, độ dốc, loại đất, bề dầy tầng đất và một số tính chất của đất.................................................................................... 48
v 4.2. Đặc điểm dòng chảy mặt và lượng xói mòn bề mặt tại khu vực nghiên cứu 49 4.2.1. Lươ ̣ng dòng chảy mă ̣t trong rừng ................................................... 49 4.2.2. Lươ ̣ng nước thấ m xuố ng đấ t rừng .................................................. 55 4.2.3. Lượng xói mòn bề mặt .................................................................... 61 4.3. Khả năng thoát hơi nước của tầng cây cao, tầng cây bụi ..................... 65 4.3.1. Thoát hơi của tầng cây cao ............................................................. 65 4.3.2. Khả năng thoát hơi của lớp cây bụi, thảm tươi............................... 68 4.4. Khả năng giữ nước của đất rừng ........................................................... 70 4.5. Đề xuất giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả thủy văn rừng............... 76 KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ....................................................... 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Viết đầy đủ  Độ ẩm đồng ruộng (%)  Độ ẩm cây héo của đất (%) BH Bốc hơi nước (mm) CP Độ che phủ của cây bụi thảm tươi (%) D1.3 Đường kính ngang ngực DCBM Dòng chảy mặt (mm) Dđ Lượng nước thấm xuống đất (mm) Dt Đường kính tán H Độ dầy tầng đất Hdc Chiều cao dưới cành Hvn Chiều cao vút ngọn LMmd Lượng mưa đến được mặt đất rừng (mm) M Khối lượng (kg) OXM Ô đo dòng chảy mặt và đo xói mòn P Lượng mưa trên tán hoặc ngoài nơi trống (mm) S Độ dốc (độ) SL Diện tích lá (cm2; m2) ST Diện tích tán lá (m2/ha) T0 Nhiệt độ không khí (0C) TC Độ tàn che TH Thoát hơi (mm) TT Lượng nước giữ lại trên tán (mm) TTV Thảm thực vật VRR Lượng vật rơi rụng (kg; tấn) W Độ ẩm (%) X Độ xốp (%)
vii DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang 3.1 Hiện trạng đất lâm nghiệp huyện Bạch Thông 32 3.2 Diện tích đất lâm nghiệp theo đơn vị hành chính 33 4.1 Các ô tiêu chuẩn ở khu nghiên cứu 37 4.2 Đặc điểm tầng cây cao dưới các trạng thái rừng 40 4.3 Đặc điểm tầng cây bụi thảm tươi 45 4.4 Khối lượng thảm khô ở các trạng thái rừng 47 4.5 Đặc điểm tính chất đất của các trạng thái rừng 49 4.6 Lượng dòng chảy mặt tại khu vực nghiên cứu 50 4.7 Bảng tổng hợp các tham số phương trình thích hợp nhất 53 4.8 Lượng nước thấm xuống đất ở các trạng thái rừng 56 4.9 Tổng hợp lượng đất xói mòn trung bình dưới các trạng thái rừng 61 4.10 Các tham số của phương trình 63 Cường độ thoát hơi nước của tầng cây cao và các nhân tố ảnh 4.11 65 hưởng ở các trạng thái rừng 4.12 Lượng thoát hơi năm của các trạng thái rừng 67 4.13 Cường độ thoát hơi của lớp cây bụi, thảm tươi 68 4.14 Lượng thoát hơi năm của các trạng thái rừng 69 Lượng nước giữ lại trong đất bình quân của các trạng thái thảm 4.15 71 thực vật Tổng hợp các thành phần cân bằng nước của các trạng thái thảm 4.16 75 thực vật
viii DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang 4.1 Rừng phục hồi 39 4.2 Rừng nghèo 39 4.3 Rừng trung bình 40 4.4 Chiều cao vút ngọn trung bình ở các trạng thái 41 4.5 Đường kính ngang ngực trung bình của các trạng thái 42 4.6 Đường kính tán của các trạng thái rừng 43 4.7 Độ tàn che của các trạng thái rừng 44 4.8 Mật độ cây trên ha của các trạng thái rừng 44 4.9 Độ che phủ của cây bụi, thảm tươi ở các trạng thái rừng 46 4.10 Chiều cao trung bình của cây bụi, thảm tươi ở các trạng thái 46 4.11 Khối lượng thảm khô ở các trạng thái rừng 47 4.12 Mối liên hệ giữa dòng chảy mặt với lượng mưa trên tán ở các trạng thái 52 4.13 Quan hệ giữa dòng chảy bề mặt với độ che phủ cây bụi thảm tươi 54 4.14 Quan hệ giữa dòng chảy bề mặt với độ tàn che 54 4.15 Lượng nước thấm xuống đất rừng ở các trạng thái 57 Quan hệ giữa lượng nước thấm xuống đất với đường kính ngang 4.16 57 ngực của tầng cây cao Quan hệ giữa lượng nước thấm xuống đất với chiều cao vút ngọn của 4.17 58 tầng cây cao Quan hệ giữa lượng nước thấm xuống đất với đường kính tán của 4.18 58 tầng cây cao
ix 4.19 Quan hệ giữa lượng nước thấm xuống đất với độ tàn che của tầng cây cao 59 4.20 Quan hệ giữa lượng nước thấm xuống đất với độ che phủ 59 4.21 Quan hệ giữa lượng nước thấm xuống đất với độ dầy tầng đất 60 4.22 Mối quan hệ giữa lượng mưa và xói mòn đất trạng thái rừng phục hồi 63 4.23 Mối quan hệ giữa lượng mưa và xói mòn đất trạng thái rừng nghèo 64 4.24 Mối quan hệ giữa lượng mưa và xói mòn đất trạng thái rừng trung bình 64 4.25 Sự phụ thuộc của thoát hơi nước vào nhiệt độ môi trường 66 4.26 Sự phụ thuộc của thoát hơi nước vào độ ẩm môi trường 66 4.27 Lượng thoát hơi nước của 1ha 68 4.28 Lượng thoát hơi nước của cây bụi, thảm tươi ở các trạng thái 70 4.29 Lượng nước giữ lại trong đất của các trạng thái rừng 72 4.30 Quan hệ giữa lượng nước giữa lại trong đất với độ tàn che 72 4.31 Quan hệ giữa lượng nước giữa lại trong đất với bề dầy tầng đất 73 4.32 Quan hệ giữa lượng nước giữa lại trong đất với độ che phủ 73 4.33 Khả năng giữ nước của các trạng thái rừng 76
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngoài giá trị kinh tế, rừng còn có giá trị quan trọng không thể thay thế được về mặt môi trường như bảo vệ đất, giữ nước, ngăn chặn quá trình sa mạc hoá, cải thiện môi trường, phòng tránh thiên tai... Việc suy giảm diện tích và chất lượng rừng trong những thập kỷ qua ở nước ta là một trong những nguyên nhân chính gây ra lũ lụt, hạn hán, suy thoái đất, nguồn nước và cũng là nguyên nhân dẫn đến đói nghèo ở nhiều địa phương. Vì vậy, xây dựng và phát triển rừng phòng hộ được xem là một trong những nhiệm vụ quan trọng nhằm bảo vệ môi trường sinh thái theo hướng bền vững. Nghiên cứu thuỷ văn rừng là một trong những lĩnh vực có ý nghĩa quan trọng trong hoạt động lâm nghiệp. Xác định được đặc điểm thuỷ văn rừng, các nhà khoa học, nhà chuyên môn có thể nắm bắt được các quy luật vận động của các thành phần nước trong hệ sinh thái rừng, cũng như tìm hiểu được mối quan hệ tác động qua lại một cách biện chứng giữa các thành phần nước với các nhân tố cấu trúc của rừng và các yếu tố lập địa khác. Việc nghiên cứu thuỷ văn rừng không chỉ là cơ sở giúp cho các nhà lâm học đưa ra những giải pháp thiết kế cấu trúc rừng một cách hợp lý mà còn đưa ra những giải pháp kinh doanh, sử dụng rừng một cách tốt nhất để đem lại hiệu quả kinh tế và sinh thái đối với các loại rừng, đặc biệt là rừng phòng hộ đầu nguồn. Tuy nhiên, nghiên cứu về thuỷ văn rừng ở Việt Nam cũng như trên thế giới nói chung còn nhiều hạn chế. Phần lớn kết quả nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở mức xác định về mặt định tính các quy luật thuỷ văn rừng, mà chưa định lượng được các mối quan hệ giữa chúng. Hạn chế này đã dẫn đến còn thiếu cơ sở khoa học trong công tác quy hoạch và thiết kế cấu trúc rừng, đặc biệt là rừng phòng hộ đầu nguồn nên trong thực tế còn gặp rất nhiều khó khăn trong quản lý và sử dụng rừng. Vì vậy, một trong những nhiệm vụ cần thiết hiện nay là nghiên cứu đặc
2 điểm thuỷ văn của rừng tự nhiên, từ đó xác định được mối quan hệ định lượng giữa các yếu tố này để đưa ra được các biện pháp quy hoạch và thiết kế cấu trúc rừng phòng hộ hợp lý. Với những lý do trên tác giả lựa chọn thực hiện nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu một số đặc điểm thuỷ văn của rừng tự nhiên tại huyện Bạch Thông, tỉnh Bắc Kạn”.
3 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Trên thế giới Thuật ngữ “Thủy văn rừng” ra đời vào những năm đầu của thế kỷ XIII, tuy lĩnh vực này đã được đề cập nghiên cứu từ khá lâu, song những thành tựu của nó mang ý nghĩa rõ rệt trong cuộc sống phải kể từ những năm 1930 trở lại đây. Trên thế giới, nghiên cứu thuỷ văn rừng hay nói cách khác là nghiên cứu khả năng giữ nước của rừng thường được tiến hành gắn liền với nghiên cứu xói mòn đất đã được rất nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm, các tác giả đã đề cập đến nhiều lĩnh vực khác nhau, tuy nhiên những nghiên cứu đó tập trung vào các vấn đề sau: - Nghiên cứu về “Dung tích giữ nước của rừng”, khái niệm này đã được dùng để phản ánh khả năng giữ nước của rừng thông qua tổng lượng nước giữ lại trên tán, lượng nước giữ lại bởi vật rơi rụng và lượng nước giữ trong đất. Quan điểm này được các nhà thuỷ văn rừng chấp nhận một cách rộng rãi (Trần Huệ Tuyền, 1994; Vũ Chí Dân và Vương Lễ Tiên, 2001) [3]. Khả năng giữ nước của rừng có giới hạn và phụ thuộc nhiều vào đặc điểm của đất rừng như: độ xốp, kết cấu của đất, tốc độ thấm nước, hàm lượng mùn, độ dày tầng đất. Chúng quyết định dung tích chứa nước của đất rừng (Vũ Chí Dân và Vương Lễ Tiên, 2001) [3]. - Sự thấm nước của đất là chỉ thị cho khả năng của tầng điều tiết quan trọng nhất trong tuần hoàn thủy văn rừng, sau khi nước mưa đã đi qua bầu không khí và lớp thảm thực vật che phủ. Sự thấm nước của đất có tác dụng rất quan trọng trong việc hình thành cơ chế phát sinh dòng chảy. Có nhiều mô hình thấm nước của đất dựa vào việc đơn giản hóa quá trình vật lý và các mô hình kinh nghiệm và mô hình cải tiến của nó. Mặc dù những mô hình này đã
4 thu được thành công khá tốt trong mô phỏng vận động của nước trong đất nông nghiệp và trong thủy văn lưu vực đất nông nghiệp, nhưng khi ứng dụng cho vùng đất dốc lại gây ra những thách thức nghiêm trọng. Khi nước thấm vào đất và vận chuyển trong đất, chúng chịu sự chi phối của trọng lực và lực tác dụng mao quản do tiếp xúc giữa nước và hạt đất. Sự biến đổi của kết cấu đất và của thành phần cơ giới đất sẽ dẫn đến sự rối loạn của con đường vận động nước trong đất, nên việc ứng dụng định luật Darcy - định luật mô tả vận động của nước trong một môi trường đồng nhất nhiều lỗ hổng - và phương trình liên tục về sự vận động của nước trong đất rừng để nghiên cứu định lượng và dự báo, sẽ dẫn đến những sai lệch tương đối lớn so với tình hình thực tế vì phạm vi sử dụng của định luật Darcy là dùng cho vận động của dòng chảy trong một tầng đất (dẫn theo Phạm Văn Điển, 2006) [11]. Xét từ góc độ ảnh hưởng của rừng đến tuần hoàn thủy văn: do phân giải thảm mục, hoạt động của rễ cây và động vật, dẫn đến vận động của dòng chảy trong các lỗ hổng tương đối lớn, làm tăng lượng nước thấm xuống đất và lượng nước giữ lại trong đất (Zakharop, 1981) [35]. Nói chung, đất rừng có tốc độ thấm nước lớn hơn so với các loại hình sử dụng đất khác. Một số kết quả nghiên cứu cho thấy, tốc độ thấm nước ổn định của đất rừng có thể đạt 80 mm/giờ trở lên. Kết quả nghiên cứu của Trần Huệ Tuyền (1994) [34] cho thấy, đất rừng có độ hổng ngoài mao quản lớn thì tốc độ thấm nước và lượng nước thấm của đất rừng sẽ tăng lên. Có thể mô phỏng quá trình nước thấm xuống đất rừng theo mô hình Philip (Diêu Hoa Hạ, 1989; Thẩm Băng và Nông Tấn, 1992) [1]. Lượng nước giữ trong đất rừng là một chỉ tiêu rất quan trọng để đánh giá tác dụng nuôi dưỡng nguồn nước của rừng. Ở Trung Quốc, các nhà khoa học thường dùng lượng nước bão hòa các lỗ hổng ngoài mao quản trong đất rừng để tính toán lượng nước thấm xuống đất. Theo kết quả nghiên cứu, mỗi
5 hecta đất rừng có thể tích giữ được lượng nước 641 - 679 tấn/năm (Vũ Chí Dân và Vương Lễ Tiên, 2001) [3]. - Một trong những chỉ tiêu phản ánh khả năng giữ nước của rừng là lượng nước giữ lại trên tán. Qua các kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ lệ lượng nước mưa giữ lại trên tán rừng lá kim ôn đới chiếm 20 - 40% (Vương Lễ Tiên và Lý Á Quang, 1991) [29]. Những nghiên cứu ở Trung Quốc về tỷ lệ lượng nước mưa ngăn giữ bởi tán rừng tương ứng với các đới khí hậu khác nhau cho thấy phạm vi biến động của tỷ lệ lượng nước mưa bị ngăn giữ lại trong khoảng 11,4 - 34,3%, hệ số biến động 6,68 - 55,05%, trong đó tỷ lệ nước mưa bị giữ lại trên tán của rừng lá kim thường xanh Á nhiệt đới ở miền Tây là lớn nhất, rừng hỗn giao cây lá rộng thường xanh với cây lá rộng rụng lá á nhiệt đới, miền núi là nhỏ nhất (Vũ Chí Dân - Christoph Peisert - Dư Tân Hiểu (2001) [2]. - Nghiên cứu về khả năng hút giữ nước của vật rơi rụng trong rừng: vật rơi rụng, thảm mục trong rừng có khả năng ngăn giữ nước tương đối lớn, nên có tác dụng bổ sung nước cho đất và cung cấp nước cho thực vật của Vũ Chí Dân & Vương Lễ Tiên, 2001 (dẫn theo Phạm Văn Điển, 2006) [11]. Mặt khác vật rơi rụng lại cho nước có khả năng bốc hơi đi một cách dễ dàng, đó là những nghiên cứu của Black và Kelliher, 1989 (dẫn theo Vũ Chí Dân & Vương Lễ Tiên, 2001) [3]. Lượng nước hút giữ của lớp thảm mục trong rừng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: thành phần thảm mục, tuổi rừng, tình trạng phân giải thảm mục, tình trạng tích lũy của thảm mục, tình trạng giữ nước của thảm mục, loại hình lâm phần và đặc điểm của mưa. Những nghiên cứu của Mật Vân, Trương Hồng Giang, Triệu Hồng Nhạn ở Trung Quốc đã chứng minh: lượng nước hút giữ của thảm mục có thể đạt tới 2 - 4 lần khối lượng khô của bản thân nó, tỷ lệ lượng nước giữ tối đa bình quân của thảm mục trong rừng là 309,54%, dung lượng nước hút giữ của nó nhỏ hơn 191%
6 (Vũ Chí Dân & Vương Lễ Tiên, 2001) [3]. - Nghiên cứu bốc hơi nước vật lý từ đất và thoát hơi nước sinh lý từ tán rừng đã được các nhà khoa học ở Trung Quốc đề cập vào những năm 1960, (theo Dư Tân Hiểu, 1993) [12], phần lớn các kết quả nghiên cứu cho thấy lượng nước bốc hơi và thoát hơi của rừng chiếm từ 40% - 80% tổng lượng mưa (bao gồm cả tổn thất nước do ngăn giữ của tán rừng và thảm mục...). Nghiên cứu của Khang Văn Tinh (1997) đã sử dụng phương pháp khuyếch tán hỗn lưu để nghiên cứu quy luật bốc hơi và thoát hơi nước của rừng trồng Samu (dẫn theo Vũ Chí Dân & Vương Lễ Tiên, 2001) [3]. Kết quả cho thấy, lượng nước bốc hơi và thoát hơi bình quân năm trong rừng Sa mu nhân tạo chiếm 82,2% tổng lượng nước rơi hàng năm, còn lượng bốc và thoát hơi của tán rừng chiếm 89,3% tổng lượng nước bốc hơi và thoát hơi của rừng. - Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về lượng nước chảy men thân, theo một số tài liệu thống kê cho thấy lượng nước này thường chiếm tỷ lệ từ 1 - 3% tổng lượng mưa. Đây là tỷ lệ thấp so với các thành phần cân bằng nước khác, nhưng nó có giá trị là cung cấp một phần dinh dưỡng cho cây cá lẻ mà không nên bỏ qua. - Nghiên cứu về lượng nước chảy trên bề mặt đất: đất có khả năng giữ nước nhưng hiệu quả lại rất khác nhau giữa các loại đất, nhìn chung đất rừng tự nhiên có khả năng thấm nước rất cao và rất hiếm xuất hiện dòng chảy bề mặt. Lượng nước chảy bề mặt càng lớn khi rừng có tán lá càng thưa thớt và khi độ dốc mặt đất càng lớn thì tạo ra nhiều lượng nước chảy trên bề mặt. - Lượng mưa lọt tán đã được nhiều tác giả trên thế giới nghiên cứu. Nhìn chung kết quả nghiên cứu về lượng nước mưa lọt tán còn khiêm tốn, một số công trình được coi là có độ tin cậy cao nhưng mới chỉ đưa ra một số thông tin ban đầu như: tỷ lệ phần trăm của lượng nước mưa lọt tán so với tổng lượng mưa của các loại rừng thường ở mức 75% trở lên. Lượng mưa lọt tán
7 phụ thuộc vào cấu trúc tán lá, chỉ số diện tích lá và một số nhân tố khác … Đã có nhiều lý luận về dòng chảy bề mặt đất như: “Cơ chế dòng chảy trên mặt đất siêu thấm”; khái niệm “Diện tích sản sinh dòng chảy biến động”. Lý luận “Diện tích sản sinh dòng chảy biến động” ra đời vào những năm 60 của thế kỷ XX và đã được thừa nhận rộng rãi, những nghiên cứu về thủy văn học trên đất dốc đã phát triển mạnh mẽ và thay thế giả thuyết về dòng chảy siêu thấm. Nghiên cứu thuỷ văn rừng thường gắn liền với nghiên cứu xói mòn đất. Công trình đầu tiên nghiên cứu về xói mòn đất và dòng chảy được nhà bác học Volni người Đức trong những năm 1877 - 1885 (Hudson N, 1981) [13]. Thí nghiệm được bố trí để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiều nhân tố như loại đất, độ dốc tầng đất mặt, thực bì, lượng mưa tới dòng chảy và xói mòn đất. Song phần lớn các kết luận đã nghiên cứu chưa được định lượng chính xác. Tuy nhiên, bên cạnh đó cũng có một số công trình tỏ ra có ý nghĩa trong thực tiễn như: nghiên cứu của trường Đại học Tổng hợp Pardiu vào năm 1950 (Hudson N, 1981) [13] đã xây dựng phương trình mất đất. Sau đó phương trình này được W.H.Wischmeier hoàn thiện dần. Phương trình đó đã làm rõ vai trò của từng nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn đất. Mặt khác, nó còn có tác dụng định hướng cho nhiều nghiên cứu xác định quy luật về xói mòn đất và các mô hình canh tác bền vững ở những khu vực có điều kiện địa lý khác nhau. Một số nghiên cứu cho thấy: nguy cơ xói mòn đất dưới tầng cây gỗ có thể tăng lên do giọt mưa dưới tán rừng có kích thước lớn hơn. Các loài cây có phiến lá to thường tạo ra những giọt nước lớn nên có khả năng làm xói mòn đất lớn hơn những loài cây có phiến lá nhỏ. Vì vậy, một trong những tiêu chí chọn loài cây trồng rừng phòng hộ đầu nguồn ở vùng nhiệt đới thường chọn cây có tán lá dày, rậm nhưng phiến lá nhỏ. Một số nghiên cứu về thảm thực
8 vật và xói mòn đất cũng cho rằng, cây bụi, thảm tươi và vật rơi rụng có vai trò lớn trong việc hạn chế xói mòn đất. 1.2. Ở Việt Nam Nghiên cứu “thuỷ văn rừng” ở nước ta được bắt đầu vào những năm 70 của thế kỷ XX nhưng nó được quan tâm và đẩy mạnh vào đầu những năm 1990. Tuy nhiên, đây là vấn đề còn mới mẻ, chưa được nghiên cứu nhiều và chủ yếu tập trung vào một số hướng sau: * Vai trò giữ nước của rừng trên sườn dốc Trong thời gian từ 1970 - 1985, Bộ môn Khí tượng Thuỷ văn rừng (viện nghiên cứu Lâm nghiệp Việt Nam) [19] đã có công trình nghiên cứu về thuỷ văn rừng ở Tứ Quận, Tuyên Quang và ở núi Tiên, Hữu Lũng, Lạng Sơn. Những công trình nghiên cứu này tập trung vào nghiên cứu các vấn đề: tìm hiểu lượng nước chảy bề mặt và lượng đất xói mòn dưới tán rừng Bồ đề trồng thuần loài đều tuổi; ảnh hưởng của độ tàn che tới khả năng điều tiết nước của rừng và khả năng ngăn cản nước mưa của tán rừng. Những nghiên cứu này đã cho thấy ở những kiểu rừng khác nhau thì sự thay đổi dòng chảy mặt cũng khác nhau và các tác giả đã đưa ra những mô hình bố trí các đai rừng giữ nước trên sườn dốc. Các công trình khoa học trong những năm 1980 đã tập trung vào nghiên cứu xói mòn đất và khả năng giữ nước của một số loài cây trồng nông - công nghiệp. Trong thời gian này có hàng loạt các công trình đã định lượng về xói mòn đất như nghiên cứu của Nguyễn Quang Mỹ, Quách Cao Yêm, Hoàng Xuân Cơ (1984) [18]. Các nghiên cứu đã phản ánh ảnh hưởng của nhân tố địa hình, vai trò chống xói mòn của thảm thực vật và đề cập đến độ che phủ. Những năm đầu của thập niên 1990, nghiên cứu thuỷ văn rừng được quan tâm và phát triển mạnh mẽ hơn, với kết quả bước đầu đã xây dựng được một số cơ sở khoa học cho việc xây dựng rừng phòng hộ giữ nước, giữ đất ở nước
9 ta. Những nghiên cứu đó phải kể đến các tác giả: Võ Đại Hải (1996) [11]; Nguyễn Ngọc Lung và Võ Đại Hải (1997) [17]; Vương Văn Quỳnh và cộng sự (1994, 1996,1997, 1999)[21],[22],[23],[24],[25]... Nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Lung và Võ Đại Hải (1997) [17] đã thành công việc xây dựng phương pháp đo lượng nước mưa lọt qua tán rừng; theo các tác giả này phải dùng ít nhất 9 ống đo mưa bố trí theo hệ thống trên diện tích 3.600 m2 sẽ cho kết quả tin cậy, với sai số luôn nhỏ hơn 10%. Các tác giả cũng đưa ra kết luận vai trò điều tiết nước, chống xói mòn đất của rừng rất lớn, lượng nước mưa bị tán rừng ngăn cản dao động từ 5,7% đến 11,6% tuỳ thuộc vào từng loại rừng; lượng nước tạo thành dòng chảy ngầm và các dạng khác từ 88,2% đến 92,5% tổng lượng nước mưa; lượng nước mưa tạo thành dòng chảy mặt ở những nơi có rừng rất thấp, qua đó hạn chế khả năng hình thành lũ và lũ quét. Cũng qua nghiên cứu hai tác giả đã xây dựng được bảng tra hệ số thảm thực vật (hệ số C) tương ứng với đặc điểm, cấu trúc của một số thảm rừng và xác định được cấu trúc hợp lý của thảm thực vật rừng chống xói mòn đất. Nghiên cứu của tác giả Vương Văn Quỳnh và cộng sự (1994, 1996, 1997, 1999) [21],[22],[23],[24],[25] đã xây dựng phương trình dự báo xói mòn đất ở Việt Nam. Trên cùng một diện tích đồng nhất chỉ có một trạng thái rừng và không làm đất hàng năm, cường độ xói mòn đất được tính: 2,31.106.k.  2 d TC (  CP  TM ) 2 .x H Trong đó: d: cường độ xói mòn đất (mm/năm); : độ dốc mặt đất (độ); TC: độ tàn che của tầng cây cao (lớn nhất là 1,0); H : chiều cao bình quân tầng cây cao (tính bằng m); CP: độ che phủ của cây bụi thảm tươi (%)
10 TM: tỷ lệ che phủ lớp thảm khô trên mặt đất (lớn nhất là 1,0); X : độ xốp tổng số của lớp đất mặt (từ 0 – 5cm); K : hệ số xói mòn được xác định theo công thức: 12 K=  (Ri / 25,4)916  331.Lg 5,8263  2,481Ln(Ri) / 25,4/ 100 1 Trong đó: Ri: lượng mưa tháng thứ i trong năm, tính bằng mm/tháng. Trong trường hợp trên một diện tích đồng nhất có hơn hai trạng thái rừng, cường độ xói mòn bình quân được xác định theo công thức sau: n _  Sidi d  i n  Sii Trong đó: Si: diện tích của trạng thái rừng thứ i di: cường độ xói mòn đất của kiểu rừng i; n: số trạng thái rừng. Từ công thức tính cường độ xói mòn đất, Vương Văn Quỳnh và cộng sự, 1997 [24] đã xác định tiêu chuẩn bảo vệ đất của rừng và lớp thảm thực vật nói chung thoả mãn điều kiện d < 0,8 mm/năm. Nguyễn Tử Siêm và Thái Phiên (1999) [28] đã nghiên cứu xói mòn đất trên diện tích canh tác cây trồng nông nghiệp. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, những nơi đất trống hay trồng cây theo phương thức bình thường thì lượng đất xói mòn hàng năm từ 7 - 23 tấn/ha, có nơi lên tới 50 - 170 tấn/ha. - Nghiên cứu của Phùng Văn Khoa (1997) [15] về đặc điểm thuỷ văn rừng thông đuôi ngựa tại núi Luốt - Xuân Mai - Hà Tây. Kết quả nghiên cứu công trình này có thể tóm lược như sau: Lượng nước mưa lọt qua tán biến động từ 80 - 90% phụ thuộc vào lượng mưa, diện tích tán và bề dày tán theo phương trình tuyến tính ba lớp. Lượng nước mưa giữ lại trên tán biến động từ
11 10 - 20% tổng lượng mưa và phụ thuộc vào lượng, diện tích bề mặt lá theo phương trình tuyến tính hai lớp. Lượng nước chảy men thân biến động từ 3 - 5%, phụ thuộc vào lượng mưa, diện tích tán và bề dày tán cây theo phương trình tuyến tính ba lớp. Lượng nước chảy bề mặt chiếm từ 3 - 5% phụ thuộc chặt chẽ vào độ tàn che của cây bụi thảm tươi. Lượng nước thoát hơi của thực vật chiếm 30 – 40% tổng lượng mưa và phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm không khí, diện tích lá. Lượng nước bốc hơi từ đất rừng biến động từ 30 – 35%, phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm không khí dưới tán rừng. Lượng nước giữ lại trong đất chiếm từ 10 – 15%. Tác giả đã nhận định, tiêu chuẩn rừng giữ nước là trị số của độ che phủ lớp cây bụi thảm tươi mà tại đó lượng nước chảy bề mặt đạt mức tối thiểu. Song do phạm vi nghiên cứu hẹp và đối tượng nghiên cứu còn hạn chế, nên công trình chỉ mang tính thử nghiệm về phương pháp nghiên cứu. - Nghiên cứu về lượng đất xói mòn ở các trạng thái rừng keo lá tràm, keo tai tượng, luồng, trẩu (Nguyễn Ngọc Lung và Võ Đại Hải, 1995) [16] . Công trình đã thiết lập 4 ô thí nghiệm định vị với diện tích 100m2 (10m x 10m), phân bố ở độ dốc 12 - 150, mỗi ô thí nghiệm đại diện cho một trạng thái rừng. Kết quả nghiên cứu cho thấy lượng xói mòn đất ở bốn trạng thái biến động từ 152,09 - 400,12kg/ha; cao nhất ở rừng trẩu và thấp nhất ở rừng keo lá tràm; lượng nước chảy bề mặt biến động từ 765,4 – 990,2m3/ha, cao nhất ở rừng trẩu và thấp nhất ở rừng keo lá tràm. * Vai trò giữ nước của rừng trên lưu vực Có một số tác giả đã nghiên cứu đến vai trò điều tiết nước của rừng và ảnh hưởng của kiểu thảm thực vật rừng tới việc thay đổi chế độ dòng chảy mặt tại các lưu vực nước, cũng như ảnh hưởng đến lượng nước của sông ngòi như: Nguyễn Viết Phổ (1992) [20]; Vũ Văn Tuấn (1977,1981,1982) [31],[32],[33]. Các tác giả đã đưa ra kết luận thảm thực vật rừng có vai trò